Schriftliche Ergänzung Vorlesung
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Beitrag zum Verständnis der Folien zur Vorlesung Technologie des Weines TU München (Allgemeine Lebensmitteltechnologie) – Teil „Neue oenologische Verfahren“ Diese schriftliche Zusammenfassung soll Ihnen, liebe Studierenden, das Selbststudium der bereits vorliegenden Folien erleichtern und ich hoffe, dass sie zum Verständnis beiträgt. Bei offenen Fragen wenden Sie sich bitten an mich per mail: [email protected]! 2.4 Einsatz von Enzymen – Lysozym Exkurs: Grundlagen 2: Biochemie des biologischen Säureabbaus (BSA). Der biologische Säureabbau wird bei der Weinbereitung für alle roten Weine aber auch vereinzelt bei Weißweinen (Burgundersorten wie Chardonnay) durchgeführt (leider zeigt die Praxis, dass dieser häufig nicht aktiv gesteuert durchgeführt wird sondern oftmals spontan z.T. ungewollt abläuft). Im Gegensatz zur alkoholischen Gärung ist der biologische Säureabbau nicht auf Hefeaktivität sondern auf die mikrobiologische Aktivität von Milchsäurebakterien zurückzuführen. Ziel des BSA ist die Säureverringerung durch die enzymatische (Malo-Lacto-Enzym) Decarboxylierung der Äpfelsäure zur Milchsäure, hierbei reduziert sich die Gesamtsäure um etwa die Hälfte des Äpfelsäureanteils. Bei diesem Vorgang entsteht aus L-Äpfelsäure (L-Malat) L-Milchsäure (L-Lactat). Das ist insofern wichtig, da beim Abbau von Glucose D-Lactat entsteht. Die Weine werden dadurch nicht nur in ihrer Gesamtsäure reduziert, sondern auch mikrobiell stabiler auf der Flasche. Bei roten Sotren konnte zudem gezeigt werden, dass sensorisch eine positive Intensivierung dunkler Beerenfrüchte (Cassis, Brombeere..) erfolgt, wenn der BSA mit Starterkulturen durchgeführt wird. Leider gibt es eine große Menge an Fehlaromen, die durch einen unsachgemäßen BSA entstehen können. Verantwortlich hierfür sind neben den auch als Starterkulturen eingesetzten Oenococcen unterschiedliche Lactobacillus oder Pediococcus – Arten. Diese treiben hauptsächlich dann ihr „Unwesen“, wenn der BSA spontan abläuft. Einen Anstieg an flüchtiger Säure kann man beim BSA nicht vermeiden (in der Regel 0,2g/L), ebenso wenig die Bildung von Diacetyl. Die Frage nach gesteuertem oder ungesteuertem BSA dürfte sich in Hinblick auf das #+,-./-011234-56788 Bildungspotential weiterer Fehlaromen, der höheren Gefahr der Bildung flüchtiger Säure aber auch der Bildung biogener Amine nicht stellen. Nicht nur Äpfelsäure kann von Milchsäurebakterien verstoffwechselt werden, sondern neben dem eigentlich erwünschten Abbau des Malats auch eine Reihe anderer Weininhaltsstoffe, die zu mehr oder weniger erwünschten Stoffwechselprodukten führen. In der Folie „Stoffwechsel heterofermentativer Milchsäurebakterien“ ist eine vereinfachte Darstellung ausgewählter Weininhaltsstoffe und deren Umwandlungsprodukte dargestellt, die durch Milchsäurebakterien verstoffwechselt werden. Diese unterliegen verschiedenen Bedingungen wie der intervenierenden Bakterienart, aber auch den Millieubedingungen. Generell sind nur wenige Bakterien an das Medium Wein adaptiert. Hoher Alkohol, Säure, niedriger pH-Wert, SO2 und Nährstoffmangel sind die Hauptfaktoren, die die Bakterienaktivität erschweren. Im Folgenden wird auf die Stoffwechselprodukte von heterofermentativen Bakterien (u.A. Oenococcus oeni) eingegangen, die im Gegensatz zu homofermentativen Bakterien (u.A. Pediococcen) niedrigere pH-Werte und Alkohol besser vertragen, aber aus Zucker nicht nur Milchsäure, sondern auch die dargestellten Nebenprodukte bilden können. Neben dem bereits beschriebenen BSA werden im Stoffwechsel heterofermentativer MSB auch Hexosen und Citrat umgewandelt. Sowohl Glucose als auch Fructose werden hierbei in D-Lactat, CO2, Essigsäure (Acetat) und Ethanol umgewandelt. Hierbei wird Acetyl-P zu Ethanol reduziert oder zu Acetat umgewandelt, wenn eine andere Reoxydation des Coenzyms NADPH + H+ nicht möglich ist. In aerobem Millieu bilden MSB (vor allem Leuconoctoc-Arten) Lactat und Acetat, in eher reduktivem Millieu Lactat und Ethanol. Hieraus erschließt sich automatisch für die Praxis, die Sauerstoffzufuhr während des BSAs zu reduzieren. Dennoch werden Ethanol und Acetat immer durch heterofermentative Bakterien gebildet. Bei einem induzierten BSA mit selektionierten Oenococcus oeni Stämmen konnte aber nachgewiesen werden, dass die flüchtige Säure um maximal 0.2 g/L ansteigt, insofern möglichst reduktiv während des BSAs gearbeitet wird. Neben der Gefahr, dass die flüchtige Säure ansteigt, ist in der Regel auch die Bildung der buttrigen Note des Diacetyls unerwünscht. Leider besitzen auch die meisten eingesetzten Starterkulturen eine Citratlyase und somit wird Citrat in den #+,-./-011234-56788 meisten Fällen, wenn auch nicht vollständig, verstoffwechselt. Neben der Bildung von Diacetyl kann auch in diesem Fall Acetat gebildet werden. Welches Endprodukt vermehrt gebildet wird, bestimmen in diesem Fall die Millieubedingungen, die einen Einfluss auf das Populationswachstum haben. Bei niedrigem pH-Wert und weiteren wachstumshemmenden Effekten wird mehr Acetoin und Diacetyl gebildet. Hierbei wird das Pyruvat nicht zum Aufbau von Zellmaterial verwendet, die Zelle muss aber ihren intrazellulären pH-Wert halten und somit das Pyruvat eliminieren. Dies geschieht durch die Bildung von Diacetyl und Acetoin, um die Zelle regelrecht zu entgiften. Im Gegensatz dazu wird, wenn das Wachstum für die Bakterien einfach ist, das Pyruvat zum Aufbau von Fettsäuren genutzt, aber gleichzeitig auch mehr Acetat gebildet. Dieser Schritt bedeutet für die Bakterien auch einen Energiegewinn in Form von ATP. Zitronensäure wird während des BSA immer abgebaut (es sei denn Citrat negative Stämme werden eingesetzt). Dies führt aber wie der Äpfelsäureabbau selbst auch zu einer mikrobiellen Stabilisierung des Weines für seine Reifung auf der Flasche, da eine weitere Energiequelle abgebaut wird. Hier können also schon zwei Dinge festgehalten werden. Sowohl Sauerstoff als auch ein höherer pH-Wert können zum Anstieg an flüchtiger Säure führen. Das entstehende Diacetyl prägt den Wein sensorisch und der Geruch erinnert an Butter. In Bereichen von 2-3 mg/L bei Weißwein und etwa 5 mg/L bei Rotwein kann sein sensorischer Beitrag sogar als positiv bewertet werden. Vermehrt Gedanken um die mikrobiologische Stabilität der Weine macht man sich international zwar schon lange aber in Deutschland rückt die Mikrobiologie zunehmend in den Fokus der Weinbereitung. Dies liegt an den steigenden pHWerten, die in den letzten Jahren bei der Lese beobachtet werden. Steigende pHWerte haben nicht nur zur Folge, dass die Überlebensbedingungen für eine Vielzahl von Bakterien verbessert wird, sondern auch an der Abnahme der mikrobioziden Wirkung der schwefligen Säure, da bei höheren pH – Werten der Anteil der molekularen SO2 abnimmt. Alternativen zur schwefligen Säure gibt es keine aber zumindest kann der Einsatz von Lysozym einen wichtigen Beitrag mikrobiologischen Stabilisierung und Prozesskontrolle leisten. Ein kleiner Ausblick auf das sogenannte Diacetylmanagement sei noch angeführt. #+,-./-011234-56788 zur Wie lässt sich die „Butternote“ also beeinflussen? Es bietet sich die Möglichkeit die Butternote sprichwörtlich durch Reduktion zu reduzieren. Das entstandene Diacetyl kann in zwei Schritten reduziert werden, wobei jeweils NADH + H+, also Redoxpotential, verbraucht und oxydiert wird. Dies geschieht durch das Enzym Diacetylreduktase, wie es bei Hefen oder auch Bakterien zu finden ist. Zunächst wird Diacetyl zu Acetoin und dann weiter zu 2,3 Butandiol reduziert, welches selbst nicht mehr nach Butter riecht. Eine Lagerung des Weines auf der Hefe, noch verstärkt durch gleichzeitige bâtonnage, reduziert somit die Butternote im Wein nach einem BSA. Dies ist einer der Gründe, weshalb auch bei Rotweinen im Barrique manchmal die Hefe aufgerührt wird. Ein grober Ablauf, wie Weininhaltsstoffe durch MSB abgebaut werden können, ist in der letzten Folie dargestellt. Die Übergänge sind als fließend zu betrachten. Will man den BSA von vorneherein unterbinden, muss bald nach der Gärung mit SO2 und/oder Lysozym gearbeitet werden. Ist die Äpfelsäure abgebaut und die Bakterien gehen verstärkt an die Zitronensäure so werden beide oenologischen Maßnahmen noch wichtiger. Verpasst man diesen Moment und die Bakterien greifen fast nur noch Hexosen und Aminosäuren an, so muss mit entsprechen hoher Aufwandmenge mit Lysozym und SO2 dem kompletten Verderb des Weines entgegengewirkt werden. Lysozym: Aus den in den Grundlagen bereits erläuterten Problemen, die während des BSA auftreten können, verbunden mit steigenden pH-Werten der Moste, werden Maßnahmen benötigt, die den Einsatz der SO2 ergänzen. Hierzu zählt als „neue“ oenologische Maßnahme der Einsatz von Lysozym. Die ersten Folien zeigen noch einmal, wie sich die letzten Jahre das Klima erwärmt, verbunden aber auch mit plötzlichen Starkregenereignissen, die sich bei uns als problematisch erwiesen. Warmes Wetter während der Reifephase der Beeren verbunden mit Starkregenereignissen führen a) zum Aufplatzen der Beeren verbunden mit erhöhter Pilzinfektion sowie erhöhter mikrobiologischer Belastung b) starke Aufnahme von Kalium aus dem Boden und einem rapiden Anstieg des pHWertes. Diese klimatischen Veränderungen führten zum Beispiel in Pfalz zu einer Reifeverfrühung bei der Rebsorte Riesling von Anfang Oktober (1983) zu Mitte August (2007). #+,-./-011234-56788 Bei steigendem Most pH-Wert ist im Laufe des Gärprozesses, des biologischen Säureabbaus aber auch der Reifung und Lagerung ein Anstieg der Zellpopulation nicht nur von Oenococcen sondern auch der unerwünschten Pediococcen/Lactobacillen, Acetobacter und Gluconobacter und letztendlich auch der Hefen Brettanomyces/Dekkera zu beobachten. Unter einfachen Bedingungen (sprich Temperatur >16°C, pH >3,2, niedrige SO2Werte) beginnt der BSA unter Verwendung von Starterkulturen direkt im Anschluss and die alkoholische Gärung. Unter schwierigen Bedingungen verzögert sich der BSA deutlich, wodurch andere Milchsäurebakterien eine lange Vermehrungsphase haben. Der Einsatz von Lysozym kombiniert mit SO2 ist somit mehr als gerechtfertigt, um sowohl die alkoholische Gärung als auch den BSA zu steuern. Anfangs empfiehlt sich der Einsatz vor der Gärung, um die natürliche Flora zu unterdrücken. Nach Ende des Äpfelsäureabbaus durch BSA-Kulturen erfolgt die zweite Gabe, um mikrobiologische Stabilität zu erreichen. Die Wirkungsweise von Lysozym auf die Zellwandzerstörung Gram positiver Bakterien ist der Folie zu entnehmen. Anhand eines Gewürztraminers Jahrgang 2001 kann gezeigt werden, wie bei einer Dosage von 200 mg/L Lysozym zum Most der biologische Säureabbau unterdrückt werden kann. In der Kontrollvariante wurde nicht nur die Äpfelsäure fast vollständig abgebaut sondern auch die Zitronensäure verstoffwechselt, wobei auch die flüchtige Säure anstieg. Ein Lysozymeinsatz kann auch einen bereits begonnen BSA stoppen. Wird Lysozym in Rotweinen eingesetzt, so wirkt es hinsichtlich der Bakterien, man muss jedoch einen Farbverlust (E 520 „rot“) hinnehmen. Die Äpfelsäuregehalte unterschiedlicher BSA Varianten bei der Rebsorte Chardonnay (Jahrgang 2008) stammen aus aktuellen Forschungsarbeiten am DLR Rheinpfalz zum biologischen Säureabbau. Man sieht deutlich, wie eine Lysozymzugabe von 100 mg/L zum Most den BSA gegenüber den anderen Varianten verzögert. Erst 59 Tage nach Datenaufnahme beginnt der BSA (in diesem Fall durch Spontanflora). Der BSA ist mit etwa 10 Tagen schnell durch, hatte jedoch einen hohen Gehalt an biogenen Aminen zur Folge und belegt, dass ohne SO2 die dauerhafte mikrobiologische Stabilisierung nicht möglich ist. Die aufgeführten neuen Enzymcocktails wurden bisher positiv getestet. Wann und ob solche fast alle #+,-./-011234-56788 weinrelevanten Bakterien lysierende Enzyme aus Streptomyces jemals in der Weinbereitung zum Einsatz kommen werden bleibt in Frage zu stellen. 3. Membranverfahren in der Oenologie – Schwerpunkt Alkoholreduzierung Lag bei den Membranverfahren in den letzten Jahren der Schwerpunkt auf der Mostund zum Teil Weinkonzentrierung mittels Umkehrosmose oder Vakuumdestillation, so wandelt sich in letzter Zeit der Schwerpunkt hin zu Möglichkeiten der Alkoholreduzierung. Erlaubt ist eine Alkoholreduzierung um 2%vol, wobei der Mindestalkohol nach Entalkoholisierung 8,5%vol. betragen muss. Zugelassene Verfahren im Wein sind hierbei Membranverfahren oder destillative Verfahren. Grund für eine Alkoholreduzierung sind weltweit steigende Alkoholgehalte, bedingt durch eine höhere Mostzuckerkonzentration. Die Auswertung vorliegender Daten der Landwirtschaftskammer Rheinland-Pfalz zeigen für rote und weiße Qualitätsweine, dass der vorhandene Alkohol in den letzten zehn Jahren um 1,4 % vol. bzw. 1,1 % vol. gestiegen ist. Diese steigenden Alkoholgehalte machen sich sensorisch negativ bemerkbar. In einer aktuellen Studie konnte Fleischmann (2008) am DLR Rheinpfalz nachweisen, dass mit steigendem Alkoholgehalt die Flüchtigkeit von Aromastoffen abnimmt. Die Abnahme der Flüchtigkeit macht sich sensorisch dadurch bemerkbar, dass die Geruchsschwellenwerte untersuchter Aromastoffe zunehmen und somit vom Prüfer erst in höheren Konzentrationen wahrgenommen werden können. Im Falle von Linalool sinkt der Geruchsschwellenwert jedoch wieder deutlich hin zu 15 % vol., der von 3 MH nur leicht. Dies spiegelt sich auch in der quantitativ beschreibenden Sensorik wieder. Bei 10% vol. werden die Attribute Grapefruit und blumig am geringsten bewertet. Warum also steigt der Schwellenwert für manche Aromastoffe und warum werden manche Attribute bei der beschreibenden Sensorik bei höherem Alkoholgehalt als intensiver empfunden? Einen Erklärungsansatz findet man in der Publikation von Tsachaki et al. JAFC 2005. Bei der Betrachtung von Aromastoffkonzentrationen im Headspace ist zwischen einer dynamischen und einer statischen Analyse zu unterscheiden. Die Headspace – Analysen von Fleischmann waren statische Analysen. Bei einem statischen Gasraum konnte eine Abnahme der Aromastoffkonzentration auch von Tsachaki et al. JAFC 2005 beobachtete werden. Bei der Schwellenwertsermittlung ist sicherlich im Vergleich ein statischer Gasraum heranzuziehen, da die Verkoster in der Regel das Glas nicht schwenken. Dennoch kann dies nicht ausgeschlossen werden. Wird ein Wein mit Aromaattributen und #+,-./-011234-56788 deren Intensität beschrieben, so wird der Wein geschwenkt, wie es auch später der Käufer tun würde. Somit liegt ein dynamischer Gasraum vor, bei dem der Kopfraum ständig abgerochen wird. Aus der Tiefe des Weines werden ständig Aromastoffe nachgeliefert, ähnlich dem Prinzip der Marangoni-Konvektion. An der Oberfläche der Flüssigkeit verdunstet Flüssigkeit, ein Temperaturgradient entsteht, was zu einer Flüssigkeitskonvektion führt, somit befinden sich auch in einem Weinglas Regionen absteigender Flüssigkeit und aufsteigender Flüssigkeit. Vergleicht man nun die Aromastoffkonzentrationsveränderung in einem dynamischen Kopfraum, so kann festgestellt werden, dass in alkoholischer Lösung ständig Aromastoffe nachgeliefert werden. Je höher der Alkoholgehalt, desto geringer sogar der relative Verlust an Aromastoffen am Ende der Analyse. Nicht alle Aromastoffe sind also bei höherem Alkoholgehalt plötzlich in geringerer Kopfraumkonzentration vorhanden, der maskierende Effekt des Ethanols spielt jedoch sensorisch gesehen eine nicht zu unterschätzende Rolle. Auch geschmacklich wirkt sich ein höherer Alkoholgehalt auf die sensorische Wahrnehmung von Wein (speziell von Weißwein) aus. Speziell der bittere Geschmackseindruck und dessen zeitabhängige Persistenz werden intensiviert. Auch ein brennender Eindruck sowie das olfaktorische Attribut Alkohol können relativ unabhängig vom Glyceringehalt hohen Alkoholgehalten zugeordnet werden. Sensorische Studien zur Terroirausprägung bei der Rebsorte Riesling zeigen, wie hier an zwei Beispielen dargestellt, dass Jahrgänge mit höheren Alkoholgehalten (Jhg. 2005 – hohe Alkoholgehalte) die Unterschiede zwischen einzelnen Lagen reduzieren. Möglichkeiten der Alkoholreduzierung: 1) Durch die oftmals höhere Alkoholausbeute bei der alkoholischen Gärung sind die Anreicherungstabellen zu modifizieren. Man geht davon aus, dass 2,04 kg/Hl Zucker ausreichen, um den Alkoholgehalt um 10g/L zu erhöhen; bisher wurden dafür 2,43 kg/Hl eingesetzt. 2) Je nach Rotweinbereitungsverfahren können durch höhere Gärtemperaturen und Verflüchtigungsmöglichkeiten (offene Büttengärung) Alkoholverluste bis zu 10 g/L erzielt werden. 3) Je höher die Temperatur der Rotweinmaische beim Pressen, desto höher die Alkoholverluste #+,-./-011234-56788 4) Summiert man beide Verfahren so erzielt man am Beispiel Überschwallen und Pressen bei 32°C bis zu 1,5% vol Alkoholreduzierung 5) Technische Reduzierung des Zuckergehaltes: a) REDUX® - Verfahren Hierbei wird versucht durch eine Kombination aus Ultra – und Nanofiltration Zucker aus der Maische abzutrennen. Durch die Ultrafiltration wird eine Wasser-, Zucker-, Säurenfraktion abgetrennt. Nach der Nanofiltration dieser Fraktion werden Wasser und Säuren der Rotweinmaische wieder zugeführt, das Wasser. Zuckerkonzentrat wird abgeführt. Dieses Verfahren ist jedoch noch nicht effizient genug, wie in der Schweiz durch Ducruet J. et al. 2006 nachgewiesen wurde. Dadurch, dass nach der Nanofiltration eine Zucker-Wasserfraktion abgetrennt werden hat man nicht nur eine Zuckerreduzierung sondern auch eine Konzentrierung, wodurch am Beispiel eines Cabernet Sauvignon mit anfänglich 240 g/L Zucker nur 55 g/L Zucker entfernt werden konnten. b) RAW® - Verfahren. Auch hierbei wird Zucker aus der Maische entfernt, wobei der Ultrafiltration eine Destillation nachgeschaltet wird und das destillierte Wasser der Rotweinmaische rückgeführt wird. Das übrige Zuckerkonzentrat wird zusammen mit Säuren abgetrennt. c) Alkoholreduzierung im Wein durch Umkehrosmose und Destillation Ähnlich dem Prinzip des RAW® - Verfahrens wird hier im Wein durch die Ultrafiltration eine Wasser – Ethanolfraktion abgetrennt, der Alkohol abdestilliert und das Wasser dem Wein wieder zugeführt. Eine Alkoholreduzierung um 2%vol ist durch dieses Verfahren möglich. d) WineBrane® Technologie Die Firma INOXPA bietet ein Verfahren zur Alkoholreduzierung an, bei der im Gegenstrom eine hydrophobe Membran von Wasser (ca. 55°C) und dem Wein durchströmt wird. Das im Gegenstrom fließende Wasser reichert sich mit Ethanol an. Ursprünglich wurde das verfahren zur Konzentrationseinstellung gelöster Gase im Wein entwickelt. Ein auf diese Weise auf 10 % vol. abgereicherte Wein erhielt in #+,-./-011234-56788 einer Rangordnungsprüfung die höchste Bewertung. Dieses Verfahren scheint sich momentan in der Praxis durchzusetzen. e) Prinzip von Memstar Das von memstar entwickelte Prinzip funktioniert ähnlich der WineBrane® Technologie. Zunächst wird jedoch über eine Umkehrosmosemembran aus dem Wein eine Wasser – Ethanolfraktion abgetrennt und diese dann einer hydrophoben Perstraktionsmembran zugeführt. Das im Gegenstrom fließende Wasser dient als Lösungsmittel für den Ethanol, wobei Ethanoldämpfe die Membran durchdringen und sich im Wasserstrom anreichern, während die aus der UO stammende Fraktion im Alkohol abgereichert wird. Das nach der Perstraktionsmembran alkoholreduzierte/alkoholfreie Wasser wird dem Wein wieder zugeführt. Ein Verkostungsergebnis am DLR Rheinpfalz zur Entalkoholisierung von Riesling zeigte, dass sogar mittels Vakuumdestillation die Typizität sowie die Attribute Maracuja, Pfirsich für einen 12% vol. Wein intensiviert werden können. f) Reduzierung des Alkoholgehaltes bei Weißwein In Franken wurde von Sauer, Mengler und Gessner (2007) ein Versuch zur Maischegärung bei der Rebsorte Silvaner durchgeführt. Sicherlich keine sehr gängige oenololgische Methode. Anlehnung fand die Idee bei der Rotweingärung und den damit verbunden Alkoholverlusten. Immerhin konnte eine Reduktion des Alkoholgehaltes von 1,7 %vol. erzielt werden, ohne Restzucker im Wein zu behalten oder die Gärtemperatur in unrealistische Höhen zu treiben. Ein Anstieg von etwa 90 mg/L Polyphenole konnte nicht vermieden werde, als positiv ist der geringe Gehalt an flüchtiger Säure zu verzeichnen. Der höhere Polyphenolgehalt machte den Wein zwar bitterer bei intensiverem grünen Geschmack und krautigem Geruch, werden jedoch 20% davon zur Kontrolle zuverschnitten, so erzielt man nicht nur eine Alkoholreduzierung sondern auch ein besseres sensorisches Profil. f) Wasserzusatz Ein in den USA verwendetes Verfahren zur Alkoholreduzierung ist der von Jim Harbertson „Jesus Units“ bezeichnete Wasserzusatz zur Maische. Hierbei wird #+,-./-011234-56788 dieselbe Menge Wasser der Maische zugeführt wie zuvor Saft entzogen wurde (Saftentzug ein gängiges Verfahren in Europa um wertgebende Weininhaltsstoffe wie Anthocyane durch ein besseres Saft/Beerenhautverhältnis zu konzentrieren). g) Belassung von Restsüße Es versteht sich von selbst, dass wenn nicht aller Zucker in Alkohol umgewandelt wird auch weniger Alkohol entsteht #+,-./-011234-56788
